强反馈光纤光栅外腔半导体激光器

在理论上对强外腔反馈情形的半导体激光器线宽压窄效应进行了分析，对消反膜剩余反射率，外腔反射率，外腔腔长对线宽压缩的影响进行了研究，在实验上采用光纤光栅作为反馈元件，与一端镀有消反膜的１．５μｍ波段的常规多纵模交导体激光器耦合，构成强反馈光纤光栅外腔半导体激光器，得到单频窄线宽的激光输出，静态下边模抑制比大于３０ｄＢ，线宽小于１２０ｋＨｚ。     

F-P腔不同扫频段透射谱锁频精度实验

针对窄线宽激光器输出谱线窄,难以被锁定的情况,利用F-P腔特有极窄线宽、高精细度特性对激光器谱线线宽实施压窄及频率锁定。通过设计实验方案并搭建锁频测试平台,利用F-P腔外部光反馈将窄线宽半导体激光器线宽压窄来提高锁频精度。通过监测正弦波调制下F-P腔对于4种不同直流电压下激光PZT扫频段的透射谱线,并对其分别进行解调和锁频精度测试,得到直流高压放大器电压为73 V时对窄线宽激光器进行扫频,激光器反馈锁频精度最高可达1.5 MHz。     

闪耀光栅外腔反馈压窄半导体激光器线宽技术的研究

在讨论半导体激光线宽压窄理论的基础上,利用闪耀光栅作为外部反馈元件,介绍了由中心波长为949.6nm、原始线宽为1.2THz的单管半导体激光器构成的反馈外腔,它能够很好的改善半导体激光器的性能。实验得到了中心波长稳定的、单纵模的高质量激光输出,边模抑制比大于30dB,线宽优于1.2MHz(Δλ<3.6×10-6nm)。实验证实了强反馈能够很好地改善外腔半导体激光器的动态特性。     

半导体激光器线宽压窄及其特性研究

本文从理论上分析了外腔半导体激光器的线宽压窄原理,用延时自外差法对外腔半导体激光器的线宽特性进行了测量研究,得到了线宽反比于激光器输出功率及外腔反馈率的实验结果.     

基于自制超稳定F-P腔压窄632.8nm外腔半导体激光线宽的实验研究

窄线宽激光由于其具有单色性好、稳定度高、相干长度长等优点,广泛应用于光电检测领域,包括相干通信、精密测量、光学频率标准、吸收光谱计量以及光与物质相互作用研究等。目前频率稳定的氦氖激光器线宽可以达到MHz量级,分布反馈式（DFB）光纤激光器线宽可达kHz量级,DFB半导体激光器线宽可以达到MHz量级,然而光栅反馈半导体激光器可以实现百kHz量级线宽的输出。为了进一步压窄各类激光器线宽,需要通过反馈控制技术来锁定激光到某一频率参考。该研究将自行设计的超稳腔作为频率参考,实现了632.8 nm外腔半导体激光器（ECDL）线宽的有效压窄。本窄线宽激光产生系统的研制包括超稳腔设计、光路设计、ECDL频率控制以及系统集成。超稳腔采用两镜法布里-珀罗腔（F-P腔）结构,腔体是膨胀系数约为10-6 K-1的微晶玻璃,腔镜为一对反射率达99.988 5%(±0.003 5%）的平面镜和凹面镜。为进一步减小外界环境对F-P腔腔长的影响,需要对腔体进行温度控制,本系统采用四片总功率为96 W的半导体制冷片以及水冷散热设计。同时为了降低声音和空气流动对腔模频率的影响,将F-P腔置于真空度为10-5 torr的真空室中;另外为了有效隔振,腔体与真空室用硅橡胶材料隔离。该系统采用的ECDL为德国Toptica公司的DL pro系列激光器,其具有压电陶瓷（PZT）和电流调制两个频率控制端,响应带宽分别为1 kHz和100 MHz。激光器的频率控制采用了Pound-Drever-Hall （PDH）锁频技术,18 MHz的调制频率加载到激光器的电流调制端,通过对F-P腔的反射信号进行解调获得误差信号,通过两路反馈控制,实现了近1 MHz的锁定带宽。通过对系统的不断优化,最后将自由运转状态下约300 kHz的激光线宽压窄到了10 kHz量级,并且系统运行稳定,连续12小时锁定的频率漂移量约为30 MHz。该研究研制的632.8 nm窄线宽激光源不仅可以应用到吸收光谱计量领域,同时也可以在光学面型精密测量领域发挥重要作用。     

半导体激光器的线宽压窄及频率连续调谐

我们利用共焦F—P腔光学弱反馈技术，实现了单模GaAlAs半导体激光器线宽压窄、频率锁定及连续调谐。其线宽从自由运转时的10MHz被压窄到45kHz，并可将频率锁定于共焦F—P腔。实验证明，在弱反馈情况下，激光器的频率连续调谐范围与共焦FP腔的光强反馈量近似成正比，实现了在铷原子D2线附近1．2GHz的频率连续调谐，     

Talbot外腔压窄线阵大功率半导体激光器输出谱宽

线阵半导体激光器（LDA）内部发光元周期排列,基于Talbot效应,改进传统Littrow外腔窄线宽系统,在Littrow外腔中置入反射率为20%平平镜构成Talbot外腔以进一步窄化激光器输出谱宽,并将外腔窄线宽输出通过铷池进行吸收实验。实验结果表明:铷池对Tablot外腔输出吸收系数比Littrow外腔吸收系数相对提高42.9%,说明Talbot外腔能有效提高外腔输出谱宽的均匀性,提高半导体激光器泵浦效率。     

970 nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器

宽条形半导体激光器广泛应用于激光泵浦、激光加工等领域。针对宽条型半导体激光器输出光谱宽、调谐范围小的问题,采用衍射效率分别为28%和55%的反射式衍射光栅作为反馈元件构建了宽条形970 nm波长光栅外腔半导体激光器。研究了Littrow结构激光器参数对其性能（调谐范围、功率、阈值电流、线宽）的影响。实验结果表明,通过结构优化可得到窄线宽可调谐激光输出,适当地提高温度和使用较高衍射效率的光栅可增加激光器调谐范围,并且较高衍射效率的光栅可降低激光器的阈值电流。基于S偏振入射方式的光栅外腔激光器最大可实现27.87 nm的波长调谐范围,光谱线宽压窄至0.2 nm,输出功率可达1.11 W。     

外腔反馈对量子点激光器输出特性的影响

在对光栅外腔量子点激光器进行理论研究的基础上,分析了外腔反馈对Littrow型光栅外腔量子点激光器输出功率、调谐范围等输出特性的影响,发现器件参数的选择对外腔激光器的性能影响很大。对外腔激光器的输出功率和调谐范围进行了理论计算,并与实验结果进行了对比。计算得到的外腔激光器的输出功率与实验结果符合得很好,忽略了非线性增益相关的增益抑制的单模调谐范围理论计算值稍小于实验结果。     

分布反馈光纤激光器阵列中外腔反馈特性研究

以半导体激光器中的复合腔模型和实测的分布反馈光纤激光器的外腔端面反射率为基础,对不同反射率条件下分布反馈光纤激光器的输出功率进行了仿真,同时搭建了二基元分布反馈光纤激光器阵列实验平台,对仿真结果进行了验证.仿真与实验结果表明:外腔反馈光重新注入分布反馈光纤激光器会增加激光器的输出功率,降低了阵列的输出功率平坦性.并且外腔端面反射率越大,这种平坦性降低的效果越明显.在构建分布反馈光纤激光器阵列时,应考虑外腔反馈对阵列输出功率平坦性造成的影响,尽量选择外腔端面反射率较小的激光器进行组阵.     

电光晶体调谐的外腔反馈半导体激光器

报道一种用电光晶体实现快速调谐和凋制激光频率的方法.在Littrow型外腔反馈半导体激光中插入LiNbO3晶体,利用LiNbO3晶体的电光效应,通过改变晶体电压来调节激光器的有效腔长,可以对激光频率进行快速的调谐和调制.采用该方法,自制外腔反馈半导体激光器的调谐频率可达到2 kHz,它的调谐范围为350 MHz,激光频率调谐系数约为1.06 MHz/V,用饱和吸收光谱观测频率调谐的效果.快速激光频率调制可以应用在稳频技术上,将外腔反馈半导体激光器调制在5～100 kHz频率下,均获得了87Rb原子D2线的饱和吸收光谱的色散信号,并实现了激光频率在饱和吸收峰上的长期稳定.     

首批系列化国产外腔半导体激光器

就首批系列化国产外腔半导体激光器的设计,关键技术和生产等多方面进行了介绍,对一些特性参数进行了说明,给出了一些实物的图片。长期稳定性实验表明,产品的一致性和稳定性都达到了设计要求,生产流程和生产工艺相对简单,各项性能指标完全达到了国外同类产品的性能和指标。     

Operating Parameter Comparison of Pulsed Optically Pumped NH3 and CH3OH F-P Cavity Far-Infrared Laser

Based on the density matrix theory of quantum system, the optimum operating parameters of pulsed optically pumped NH3 and CH3OH F-P cavity far-infrared laser (NH3/CH3OH-OPFIRL) were studied and compared theoretically. The differences of the operating parameters between the NH3-OPFIRL and CH3OH-OPFIRL were found and discussed. Experimentally, the curves of output power verses gas pressure in NH3 and CH3OH F-P cavity lasers pumped by TEA-CO2 laser were measured, and the optimum operating gas pressure were obtained. The experimental results were in agreement with theoretical calculations.     

A 1550-nm linearly tunable CW single-mode external cavity diode laser based on a single-cavity all-dielectric thin-film Fabry–Pérot filter

A 1550-nm linearly tunable CW single-mode external cavity diode laser (ECDL) based on a single-cavity all-dielectric thin-film Fabry–Pérot filter (s-AFPF) is proposed and realized in this paper. Its internal optical components as well as their operation mechanisms are introduced first, and then its longitudinal mode output characteristic is theoretically analyzed. Afterwards, we set up the experimental platform for the output characteristic measurement of this tunable ECDL; under different experimental conditions, we execute accurate and real-time measurements for the output central wavelength, output optical power, output longitudinal mode distribution, and the line-width of the tunable ECDL in its tuning process. By summing up the optimal experimental condition from the measured data, we obtain the optimal tunable relevant parameters ECDL of the tunable ECDL has a linear mode-hop-free wavelength tuning region of 1547.203 nm-1552.426 nm, a stable output optical power in the range of 40 μW-50 μW, and a stable output longitudinal mode distribution of a single longitudinal mode with a line-width in the range of 100 MHz-150 MHz. This tunable ECDL can be used in environmental gas monitoring, atomic and molecular laser spectroscopy research, precise measurements, and so on.     

一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的低频振动传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的低频振动传感方案并进行了理论分析和实验研究。采用单频激光器作为光源,光纤光栅F-P腔通过两点涂胶方式粘接在等强度悬臂梁上,待测振动信号通过支架和悬臂梁将振动作用传至光纤光栅F-P腔,引起腔长周期性变化,从而改变光纤光栅F-P腔的反射光谱特性,通过解调输出光信号的振荡频率和峰值,即可实现对振动信号频率和幅值的测量。利用压电陶瓷模拟的低频振动信号进行了实验验证,测量结果与理论分析相吻合。该传感器测量灵敏度高,特别适用于微弱振动信号的测量。     

飞秒激光制造微型光纤法布里-珀罗干涉传感器

基于飞秒激光光刻技术,提出了光纤端面光刻制造微型光纤法布里-珀罗干涉传感器的方案.该方案解决了传统飞秒激光制造光纤F-P传感器的平行度差的问题,制造了对比度超过20 dB的高灵敏度和高分辨率的微型F-P光纤传感器件.该制造方法简单、参量可控,制作的器件可应用恶劣温度条件下应变的精确测量.     

用157 nm激光制作的光子晶体光纤法布里-珀罗传感器

157nm准分子激光用于微加工具有单光子能量高,峰值功率高,材料吸收系数高,分辨率高等优点。利用157nm激光微加工的方法,在光子晶体光纤上融切出微小矩形孔,从而构成腔长为45.6μm的微光纤法布里-珀罗干涉腔,得到的干涉条纹平滑,衬比度约为26dB,并从激光与石英材料的相互作用上分析了形成较好干涉条纹的原因。把这种微腔应用于应变测量,在550μm范围内,腔长增量相对于应变的灵敏度为0.32nm/μm,线形度达0.9994。实验证明该微腔对温度不敏感,800℃范围内腔长变化仅20nm。157nm准分子激光加工光纤法布里-珀罗腔方法简单,一次成型,具有较高的加工效率和精度,有望实现光纤法布里-珀罗腔的规模化批量制造,具有较好的应用前景。     

分布反馈激光器中剩余法布里-珀罗腔模对非简并四波混频特性的影响

基于四波混频(FWM)的全光波长转换技术是未来多波长通信系统的核心技术之一。除半导体光放大器(SOA)外,半导体激光器也是进行波长变换的器件。实验研究了小频率失谐到大频率失谐下分布反馈(DFB)激光器中剩余法布里珀罗腔模对非简并四波混频(NDFWM)的影响,并对其四波混频转换效率进行了分析。结果表明:当探测光波长与法布里珀罗腔的某一谐振波长一致时,分布反馈激光器中的四波混频转换效率将得到显著的增强;当频率失谐为太赫兹时,仍可得到较高的四波混频转换效率。